(57)【要約】【課題】液晶表示装置のＴＦＴ基板側の薄膜トランジスタにバックライト光が照射されると、ＴＦＴのソース・ドレイン電極とゲート電極との間で、アモルファスシリコン半導体領域を透過しながら多重反射し、フロントチャネルに光が入射され、ＴＦＴに光オフリーク電流が発生する。【解決手段】薄膜トランジスタで『ゲート線１０１のゲート電極部分−ソース電極１０５及びゲート線１０１のゲート電極部分−ドレイン電極１０６のオーバーラップ長ｄ』を、ゲート線１０１のゲート電極部分の端部から入射する光がチャネル部に到達するまでに十分減衰できるような距離に、例えば、４μｍ以上に設定すると、チャネル部に入射される光が、バックライト出射強度の０．２％以下に抑制できるため、光オフリーク電流を十分に低減することができ、フリッカーや表示の不均一性を改善することができた。【選択図】図１
2007094433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを液晶表示装置を正面にして出射させたときに前記薄膜トランジスタのチャネル部に入射する光を、バックライトから出射する光の強度の０．２％以下に減衰させるように前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項２】
薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、前記バックライトから出射される光が薄膜トランジスタのチャネル部に入射した場合のフリッカー出力レベルが−３０ｄＢ以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項３】
薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを第１のガラス基板の他方の表面を正面にして出射させたときに、薄膜トランジスタのチャネル部での光強度が、以下の諸変数及びそれを用いた諸方程式から以下の手順により未知の変数を算出することにより求められ、前記チャネル部での光強度がバックライトから正面に出射する光の強度Ｉ０の０．２％以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定されることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
第１の偏光板の光吸収係数：αｐ
第１のガラス基板の光吸収係数：α１
第１の絶縁膜の光吸収係数：α２
半導体領域の光吸収係数：α３
空気層と第１の偏光板の界面の透過率：Ｔ０ｐ
第１の偏光板と第１のガラス基板の界面の透過率：Ｔｐ１
第１のガラス基板と第１の絶縁膜の界面の透過率：Ｔ１２
第１の絶縁膜と半導体領域の界面でのそれぞれの透過率：Ｔ２３
空気層の屈折率：ｎ０
第１の偏光板の屈折率：ｎｐ
第１のガラス基板の屈折率：ｎ１
第１の絶縁膜の屈折率：ｎ２
半導体領域の屈折率：ｎ３
ゲート電極を構成する金属の反射率：Ｒ１
ドレイン電極あるいはソース電極を構成する金属の反射率：Ｒ３
第１の偏光板の膜厚：ｔｐ
第１のガラス基板の膜厚：ｔ１
第１の絶縁膜の膜厚：ｔ２
半導体領域の膜厚：ｔ３
バックライトの法線方向に出射される光線強度：Ｉ０
ゲート電極とソース電極またはドレイン電極がオーバーラップする領域のゲート電極が延在する方向と直交する方向の幅：ｄ
から構成される以上の諸変数を使用し、屈折の法則を表す方程式、
【数１】
2007094433.tif 000028
および
光吸収を表す方程式、
【数２】
2007094433.tif 000029
および
バックライト強度の同径分布を表す方程式、
【数３】
2007094433.tif 000030
を利用し、未知の変数である
第１の偏光板へ入射する光の強度：Ｉ
第１のガラス基板へ入射する光の強度：Ｉｐ
第１の絶縁膜へ入射する光の強度：Ｉ１
半導体領域へ入射する光の強度：Ｉ２
半導体領域を通過し出射する光の強度：Ｉ３
第１の偏光板から第１のガラス基板への光の入射角：θｐ
第１のガラス基板から第１の絶縁膜への光の入射角：θ１
第１の絶縁膜から半導体領域への光の入射角：θ２
第１の絶縁膜から半導体領域への光の出射角：θ３
を順次計算し、さらに、光が幅ｄだけの距離を進む際の反射、屈折を上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【数４】
2007094433.tif 000031
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【数５】
2007094433.tif 000032
および
ゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用してＩ３よりもチャネル側に入った光の強度を計算し、光が幅ｄだけの距離を進んだときの強度を求める。
【請求項４】
基板の表側に形成されたゲート電極と、前記基板及び前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有するスイッチング素子であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを前記基板の裏側を正面にして出射させたときに前記スイッチング素子のチャネル部に入射する光を、バックライトから出射する光の強度の０．２％以下に減衰させるように前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項５】
前記チャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも広く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向で前記ゲート電極より外にはみ出して形成されている請求項４記載のスイッチング素子。
【請求項６】
前記チャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも狭く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向では前記ゲート電極の内側に形成されている請求項４記載のスイッチング素子。
【請求項７】
基板の表側に形成されたゲート電極と、前記基板及び前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有するスイッチング素子であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを前記基板の裏側を正面にして出射させたときに前記スイッチング素子のチャネル部での光強度が、以下の諸変数及びそれを用いた諸方程式から以下の手順により未知の変数を算出することにより求められ、前記チャネル部での光強度がバックライトから基板の裏面を正面にして出射する光の強度Ｉ０の０．２％以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定されることを特徴とするスイッチング素子。
基板の光吸収係数：α１
絶縁膜の光吸収係数：α２
半導体領域の光吸収係数：α３
空気層と基板の界面の透過率：Ｔ０１
基板と絶縁膜の界面の透過率：Ｔ１２
絶縁膜と半導体領域の界面の透過率：Ｔ２３
空気層の屈折率：ｎ０
基板の屈折率：ｎ１
絶縁膜の屈折率：ｎ２
半導体領域の屈折率：ｎ３
ゲート電極を構成する金属の反射率：Ｒ１
ドレイン電極あるいはソース電極を構成する金属の反射率：Ｒ３
基板の膜厚：ｔ１
絶縁膜の膜厚：ｔ２
半導体領域の膜厚：ｔ３
空気層から基板の裏側の法線方向に出射される光線強度：Ｉ０
ゲート電極とソース電極またはドレイン電極がオーバーラップする領域のゲート電極が延在する方向と直交する方向の幅：ｄ
から構成される以上の諸変数を使用し、屈折の法則を表す方程式、
【数６】
2007094433.tif 000033
および
光吸収を表す方程式、
【数７】
2007094433.tif 000034
および
前記空気層から基板の裏側に入射する光線強度の同径分布を表す方程式、
【数８】
2007094433.tif 000035
を利用し、未知の変数である
基板へ入射する光の強度：Ｉ０
絶縁膜へ入射する光の強度：Ｉ１
半導体領域へ入射する光の強度：Ｉ２
半導体領域を通過し出射する光の強度：Ｉ３
空気層から基板への光の入射角：θ０
基板から絶縁膜への光の入射角：θ１
絶縁膜から半導体領域への光の入射角：θ２
絶縁膜から半導体領域への光の出射角：θ３
を順次計算し、さらに、光が幅ｄだけの距離を進む際の反射、屈折を上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【数９】
2007094433.tif 000036
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【数１０】
2007094433.tif 000037
および
光吸収の法則およびゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用し、光が幅ｄだけの距離を進んだとき光の強度を求める。
【請求項８】
前記スイッチング素子のチャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも広く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向で前記ゲート電極より外にはみ出して形成されている請求項７記載のスイッチング素子。
【請求項９】
前記スイッチング素子のチャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも狭く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向では前記ゲート電極の内側に形成されている請求項７記載のスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置およびスイッチング素子に関し、特にフリッカーが目立たず表示均一性に優れるアクティブマトリクス型液晶表示装置およびスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、様々なデバイスの駆動回路において、スイッチ素子として広く用いられており、特にアクティブマトリクス型液晶表示装置での利用にはめざましいものがある。このＴＦＴにおいて、前記半導体領域が液晶表示装置等で良く用いられるアモルファスシリコンで形成される場合、表示用の光源であるバックライトからの光入射により、この半導体領域内にフォトキャリアが発生し、このフォトキャリアがチャネル部を移動することで光オフ電流が発生する。この光オフ電流により画素電位が低下するためモジュールの輝度低下や表示ムラ、フリッカー等様々な不具合が発生している。この光オフ電流を抑制する方法として、特許文献１、特許文献２等の技術がある。特許文献１の技術によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタの様子を図１４及び図１５に示す。図１４は、薄膜トランジスタの平面図であり、図１５は図１４の薄膜トランジスタをチャネル長方向に切断したときの薄膜トランジスタ近傍の断面図である。
【０００３】
図１５において、第１のガラス基板１００の上に、ゲート線１０１及び共通電極１０４、第１の絶縁膜１０９、アモルファスシリコンからなる半導体領域１０７、ｎ＋アモルファスシリコン膜１０８、ソース（画素）電極１０５、ドレイン電極１０６が形成される。さらにこれらを覆って、第２の絶縁膜１１０、第１の配向膜１１１が形成され、薄膜トランジスタ基板１３０が完成する。
【０００４】
一方、対向基板１４０は、液晶１１６をはさんで薄膜トランジスタ基板１３０と対向して形成される。対向基板１４０は、第２のガラス基板１１２、第２のガラス基板１１２の第１のガラス基板１０１と対向する面には、不透明の遮光膜１１３、色層１１４、第３の絶縁膜１１５、第２の配向膜１１７がこの順に形成されている。
【０００５】
さらに、第１のガラス基板１００の裏面には第１の偏光板１２１が、第２のガラス基板１１２の裏面には第２の偏光板１２２がそれぞれ貼り付けられ液晶表示パネル１５０が完成する。
【０００６】
特許文献１の技術では、図１４に示すようにゲート電極上の半導体領域１０７の一部を切り欠くことにより、図１５の経路１を通ってバックチャネルへ入射される光の影響を小さくしている。
【０００７】
また、特許文献２の技術によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタの断面図を図１６に示す。同図では、図１５と同じ材料、素子には同じ符号を付している。特に、半導体領域１０７では、チャネル領域１２４を明示し、図１５の薄膜トランジスタにはないエッチングストッパ１２３がチャネル領域１２４の上に形成されている。図１６に示すように、チャネル長方向のゲート電極幅αをゲート電極から対向基板側遮光層迄の距離ｄの４倍以上にすることで、図１６の経路１を通って１回反射でバックチャネルに入射される光を抑制している。
【０００８】
モニタ用や車載用等の液晶パネルに使用されるＴＦＴの場合、高輝度表示の要求からバックライト輝度を高くするため、今までの技術のみでは光入射による半導体領域内での光オフ電流の発生が解決出来ない問題となっている。特に、水平電界モードで駆動するパネルの場合、開口率が低く垂直方向の電界で駆動するＴＮ方式と比べてよりバックライト輝度を高くしなければならないため、より重大な課題となっている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２６７６８号公報（図１）
【特許文献２】特開平７−１２２７５４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来の光オフ電流低減方法は、光オフ電流の抑制効果として不十分であり、さらなる光オフリークの抑制を行う必要がある。
【００１１】
詳しくは、対向基板側の遮光層が反射率の高い材質である２層Ｃｒや多層Ｃｒを使用した場合、ＴＦＴ基板側から対向基板側に向かって入射してくるバックライトに対して対向基板の遮光層で一部反射される光量が多くなるため、特許文献１の技術では、反射光を受ける半導体領域の面積を減らすことで顕著な効果が得られ、特許文献２の技術では、ゲート電極を広げて入射する光を少なくし、遮光層で反射される光自体を少なくすることで顕著な効果が得られる。一方、対向基板の遮光層に、一部水平電界モード等で良く使用される低反射率の樹脂の遮光層を使用した場合、遮光層での反射率が小さく反射される光量自体が小さくなるので、上述の２つの技術を用いても、さほど大きな効果が得られないということがある。
【００１２】
また、上述の２つの技術が、さほどの光オフ電流に対する低減効果を発揮できない他の理由として、図１５の経路２のようにバックライト光がＴＦＴ側ドレインやゲート電極の間で、ａ−Ｓｉ：Ｈ半導体領域を透過しながら多重反射し、フロントチャネルに入射される光があることである。そのため、この経路２の光オフ電流を抑制する技術が必要となる。
【００１３】
本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置において問題になっていたトランジスタへの入射光によるリーク電流を低減させ、フリッカー、表示均一性の優れるアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。また、表示装置へ適用してフリッカー、表示均一性の優れるスイッチング素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを液晶表示装置を正面にして出射させたときに前記薄膜トランジスタのチャネル部に入射する光を、バックライトから出射する光の強度の０．２％以下に減衰させるように前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１のアクティブマトリクス型液晶表示装置の好適な適用形態は、前記半導体領域のチャネル長方向の長さが前記ゲート電極のチャネル長方向の長さに包含される。
【００１６】
本発明の第１のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概平行な電界により駆動され、前記概平行な電界の方向が２方向以上である、或いは、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概垂直な電界により駆動される。
【００１７】
本発明の第２のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、前記バックライトから出射される光が薄膜トランジスタのチャネル部に入射した場合のフリッカー出力レベルが−３０ｄＢ以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２のアクティブマトリクス型液晶表示装置の好適な適用形態は、前記半導体領域のチャネル長方向の長さが前記ゲート電極のチャネル長方向の長さに包含される。
【００１９】
本発明の第２のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概平行な電界により駆動され、前記概平行な電界の方向が２方向以上である、或いは、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概垂直な電界により駆動される。
【００２０】
本発明の第３のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板に対向して配置された対向基板及び前記薄膜トランジスタアレイ基板と前記対向基板に挟まれた液晶と、前記薄膜トランジスタアレイ基板側から光を照射するバックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、前記ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを第１のガラス基板の他方の表面を正面にして出射させたときに、薄膜トランジスタのチャネル部での光強度が、以下の諸変数及びそれを用いた諸方程式から以下の手順により未知の変数を算出することにより求められ、前記チャネル部での光強度がバックライトから正面に出射する光の強度Ｉ０の０．２％以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定されることを特徴とする。
第１の偏光板の光吸収係数：αｐ
第１のガラス基板の光吸収係数：α１
第１の絶縁膜の光吸収係数：α２
半導体領域の光吸収係数：α３
空気層と第１の偏光板の界面の透過率：Ｔ０ｐ
第１の偏光板と第１のガラス基板の界面の透過率：Ｔｐ１
第１のガラス基板と第１の絶縁膜の界面の透過率：Ｔ１２
第１の絶縁膜と半導体領域の界面でのそれぞれの透過率：Ｔ２３
空気層の屈折率：ｎ０
第１の偏光板の屈折率：ｎｐ
第１のガラス基板の屈折率：ｎ１
第１の絶縁膜の屈折率：ｎ２
半導体領域の屈折率：ｎ３
ゲート電極を構成する金属の反射率：Ｒ１
ドレイン電極あるいはソース電極を構成する金属の反射率：Ｒ３
第１の偏光板の膜厚：ｔｐ
第１のガラス基板の膜厚：ｔ１
第１の絶縁膜の膜厚：ｔ２
半導体領域の膜厚：ｔ３
バックライトの法線方向に出射される光線強度：Ｉ０
ゲート電極とソース電極またはドレイン電極がオーバーラップする領域のゲート電極が延在する方向と直交する方向の幅：ｄ
から構成される以上の諸変数を使用し、屈折の法則を表す方程式、
【００２１】
【数１】
2007094433.tif 000003
【００２２】
および
光吸収を表す方程式、
【００２３】
【数２】
2007094433.tif 000004
【００２４】
および
バックライト強度の同径分布を表す方程式、
【００２５】
【数３】
2007094433.tif 000005
【００２６】
を利用し、未知の変数である
第１の偏光板へ入射する光の強度：Ｉ
第１のガラス基板へ入射する光の強度：Ｉｐ
第１の絶縁膜へ入射する光の強度：Ｉ１
半導体領域へ入射する光の強度：Ｉ２
半導体領域を通過し出射する光の強度：Ｉ３
第１の偏光板から第１のガラス基板への光の入射角：θｐ
第１のガラス基板から第１の絶縁膜への光の入射角：θ１
第１の絶縁膜から半導体領域への光の入射角：θ２
第１の絶縁膜から半導体領域への光の出射角：θ３
を順次計算し、さらに、光が幅ｄだけの距離を進む際の反射、屈折を上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【００２７】
【数４】
2007094433.tif 000006
【００２８】
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【００２９】
【数５】
2007094433.tif 000007
【００３０】
および
ゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用してＩ３よりもチャネル側に入った光の強度を計算し、光が幅ｄだけの距離を進んだときの強度を求める。
【００３１】
本発明の第３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の好適な適用形態は、前記半導体領域のチャネル長方向の長さが前記ゲート電極のチャネル長方向の長さに包含される。
【００３２】
本発明の第３のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概平行な電界により駆動され、前記概平行な電界の方向が２方向以上である、或いは、前記液晶は前記薄膜トランジスタアレイ基板より発生した基板に概垂直な電界により駆動される。
【００３３】
本発明の第１のスイッチング素子は、基板の表側に形成されたゲート電極と、前記基板及び前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有するスイッチング素子であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを前記基板の裏側を正面にして出射させたときに前記スイッチング素子のチャネル部に入射する光を、バックライトから出射する光の強度の０．２％以下に減衰させるように前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定され、前記バックライトから出射され前記ソース側重なり領域または前記ドレイン側重なり領域に入射した光を前記ゲート電極と前記ソース電極との間または前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間で繰り返し反射させることにより減衰させることを特徴とする。
【００３４】
本発明の第１のスイッチング素子において、前記チャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも広く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向で前記ゲート電極より外にはみ出して形成されている、或いは、前記チャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも狭く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向では前記ゲート電極の内側に形成されている。
【００３５】
本発明の第２のスイッチング素子は、基板の表側に形成されたゲート電極と、前記基板及び前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、前記ゲート電極上方にあって、前記絶縁膜上に形成された半導体領域と、前記半導体領域の両端部上で互いに離間し、前記半導体領域と一部重畳しながら前記絶縁膜上に延在するソース電極及びドレイン電極とを有するスイッチング素子であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のチャネル幅方向の幅が前記半導体領域のチャネル幅方向の幅に包含される形に形成され、かつ、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なソース側重なり領域及び前記ゲート電極、ドレイン電極、前記半導体領域の３つの領域の平面的なドレイン側重なり領域が存在し、かつ、バックライトを前記基板の裏側を正面にして出射させたときに前記スイッチング素子のチャネル部での光強度が、以下の諸変数及びそれを用いた諸方程式から以下の手順により未知の変数を算出することにより求められ、前記チャネル部での光強度がバックライトから基板の裏面を正面にして出射する光の強度Ｉ０の０．２％以下となるように、前記ソース側重なり領域及び前記ドレイン側重なり領域のチャネル長方向のオーバーラップ量が設定されることを特徴とする。
基板の光吸収係数：α１
絶縁膜の光吸収係数：α２
半導体領域の光吸収係数：α３
空気層と基板の界面の透過率：Ｔ０１
基板と絶縁膜の界面の透過率：Ｔ１２
絶縁膜と半導体領域の界面の透過率：Ｔ２３
空気層の屈折率：ｎ０
基板の屈折率：ｎ１
絶縁膜の屈折率：ｎ２
半導体領域の屈折率：ｎ３
ゲート電極を構成する金属の反射率：Ｒ１
ドレイン電極あるいはソース電極を構成する金属の反射率：Ｒ３
基板の膜厚：ｔ１
絶縁膜の膜厚：ｔ２
半導体領域の膜厚：ｔ３
空気層から基板の裏側の法線方向に出射される光線強度：Ｉ０
ゲート電極とソース電極またはドレイン電極がオーバーラップする領域のゲート電極が延在する方向と直交する方向の幅：ｄ
から構成される以上の諸変数を使用し、屈折の法則を表す方程式、
【００３６】
【数６】
2007094433.tif 000008
【００３７】
および
光吸収を表す方程式、
【００３８】
【数７】
2007094433.tif 000009
【００３９】
および
前記空気層から基板の裏側に入射する光線強度の同径分布を表す方程式、
【００４０】
【数８】
2007094433.tif 000010
【００４１】
を利用し、未知の変数である
基板へ入射する光の強度：Ｉ０
絶縁膜へ入射する光の強度：Ｉ１
半導体領域へ入射する光の強度：Ｉ２
半導体領域を通過し出射する光の強度：Ｉ３
空気層から基板への光の入射角：θ０
基板から絶縁膜への光の入射角：θ１
絶縁膜から半導体領域への光の入射角：θ２
絶縁膜から半導体領域への光の出射角：θ３
を順次計算し、さらに、光が幅ｄだけの距離を進む際の反射、屈折を上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【００４２】
【数９】
2007094433.tif 000011
【００４３】
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【００４４】
【数１０】
2007094433.tif 000012
【００４５】
および
光吸収の法則およびゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用し、光が幅ｄだけの距離を進んだとき光の強度を求める。
【００４６】
本発明の第２のスイッチング素子の適用形態は、前記スイッチング素子のチャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも広く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向で前記ゲート電極より外にはみ出して形成されている、或いは、前記スイッチング素子のチャネル長方向の前記半導体領域の幅は、前記チャネル長方向の前記ゲート電極の幅よりも狭く形成されており、前記半導体領域はチャネル長方向では前記ゲート電極の内側に形成されている。
【発明の効果】
【００４７】
本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ガラス基板上に形成された複数のゲート電極と、上記ゲート電極に交差するように形成された複数のドレイン線と、上記ゲート電極とドレイン線の付近に形成した薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタに接続されたソース（画素）電極および上記ソース（画素）電極に対向し形成された共通電極とからなる薄膜トランジスタアレイ基板を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、薄膜トランジスタで『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』が、ゲート電極の際から入射する光がチャネル部に到達するまでに十分減衰できるような距離、すなわち、スネルの式：
【００４８】
【数１１】
2007094433.tif 000013
【００４９】
および、光吸収の関係式：
【００５０】
【数１２】
2007094433.tif 000014
【００５１】
および、ゲート電極表面での反射率Ｒ１、ドレイン電極表面での反射率Ｒ３を使用しチャネル部への入射光強度Ｉを計算したとき、バックライト出射強度Ｉ０の０．２％以下に抑制できるだけのオーバーラップ長ｄを確保することで、チャネル部に光が入射し、アモルファスシリコン中で電子−正孔対が発生することによる光オフリーク電流を十分に低減することができ、フリッカーや表示の不均一性を改善することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置及びスイッチング素子の実施形態について、図面により詳細に説明する。以下の実施形態では、一般的に開口率が低く所望の輝度を得るのに高輝度のバックライト光を使用する、ガラス基板に平行に電界を印加する横電界型の液晶表示装置を代表させて説明しているが、本発明はガラス基板に垂直に電界を印加する縦電界型の液晶表示装置に対しても同様に適用できる。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５３】
図１は、第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイ基板２５０の単位画素を示す平面図であり、図３に示す断面図の液晶１１６より下側の基板の様子を示している。図２は、各単位画素の薄膜トランジスタ部の拡大平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、薄膜トランジスタアレイ基板１３０より上側の部分も併せて示す。
【００５４】
本発明の第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、図１乃至３に示すように、薄膜トランジスタアレイ基板１３０と、この薄膜トランジスタアレイ基板１３０に平行に隔離して設けられた透明の対向基板１４０と、上記薄膜トランジスタアレイ基板（以下、ＴＦＴ基板と記載する）１３０と対向基板１４０との間に封入された液晶１１６を備えた概略構成である。
【００５５】
図１〜３において、第１のガラス基板１００、ゲート線１０１、アモルファスシリコン（水素含有のアモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ：Ｈ）を指す、以下同じ）膜１０７、ｎ＋アモルファスシリコン膜１０８、ドレイン線１０２、ソース（画素）電極１０５、共通電極１０４、ドレイン電極１０６、から構成される薄膜トランジスタをそれぞれ示している。ドレイン電極１０６はドレイン線１０２と電気的に接続されている。ゲート線１０１とドレイン線１０２に囲まれる領域に単位画素が形成され、この単位画素が図１上の左右方向及び上下方向にアレイ状に配置されている。ソース（画素）電極１０５の一端は、薄膜トランジスタ１０３の一方のｎ＋アモルファスシリコン膜１０８に接続されてソース電極として機能し、共通電極１０４に平行に延びている部分は画素電極として機能する。ゲート線１０１のゲート電極部分のアモルファスシリコン膜１０７と重畳する部分は、薄膜トランジスタ１０３のゲート電極として機能する。
【００５６】
ここで、ＴＦＴ基板に対してバックライトから斜め方向の光が入射し、反射されてフロントチャネル部に入射し易い構造の薄膜トランジスタを図１７に示す。この場合、薄膜トランジスタは、ドレイン電極１０６またはソース（画素）電極１０５の幅がアモルファスシリコン膜１０７の幅より広いため、アモルファスシリコン膜が電極のチャネル幅方向端部下に存在しない構造となっており、比較的光吸収率の低い（アモルファスシリコン膜が存在しないため）斜線部でゲート線１０１のゲート電極部分に対し斜め下方（液晶と反対側のＴＦＴ基板面）から入射した光が反射しチャネル部へ容易に光が到達する。
【００５７】
以上のような理由から、本発明は、図２で示すように、薄膜トランジスタ１０３を構成するドレイン電極１０６またはソース（画素）電極１０５がアモルファスシリコン膜１０７にチャネル幅方向に包含される構造を前提とする。すなわち、図２で薄膜トランジスタ１０３でドレイン電極１０６のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＤ、ソース電極１０５のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＳ、アモルファスシリコン膜１０７のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＡとしたとき、集合として
【００５８】
【数１３】
2007094433.tif 000015
【００５９】
という包含関係が成立するよう形成する。
【００６０】
図１乃至図３に示した第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置を製造するには、まず、第１のガラス基板１００の上にスパッタ法によりＣｒ膜を堆積させ、選択的にエッチングしゲート線１０１（ゲート電極を含む）、共通電極１０４を形成する。その後、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりゲート線１０１を含む表面に窒化シリコン膜を堆積して第１の絶縁膜１０９を形成する。ついで、第１の絶縁膜１０９の上にゲート線１０１のゲート電極部分と一部重畳する形でＣＶＤによりアモルファスシリコン膜１０７と、アモルファスシリコン膜１０７上にｎ＋型アモルファスシリコン膜１０８を選択的に順次形成し、次にアモルファスシリコン膜１０７と一部重畳するよう選択的に設けてソース（画素）電極１０５、ドレイン電極１０６を設ける。
【００６１】
ついで、ドレイン電極１０６、ソース（画素）電極１０５をマスクとしてゲート線１０１のゲート電極部分に対応する領域のｎ＋アモルファスシリコン膜１０８が除去され薄膜トランジスタ１０３が形成される。そして、上記薄膜トランジスタ１０３、ドレイン線１０２、ソース（画素）電極１０５を被覆して保護する目的で第２の絶縁膜１１０を形成すると、ＴＦＴ基板１３０が得られる。そして、液晶１１６を配向させるため有機膜からなる第１の配向膜１１１を第２の絶縁膜１１０上に形成し、配向処理する。
【００６２】
一方、液晶１１６をはさんで上側の対向基板１４０側の第２のガラス基板１１２の下面、すなわち第１のガラス基板１００と対向する面には、不透明の遮光膜１１３、色層１１４、第３の絶縁膜１１５、第２の配向膜１１７がこの順に形成されている。
【００６３】
さらに、第１のガラス基板１００の裏面には第１の偏光板１２１が、第２のガラス基板１１２の裏面には第２の偏光板１２２がそれぞれ貼り付けられ液晶表示パネル１５０が完成する。
【００６４】
図４は、液晶パネル１５０とバックライトとの位置関係を示すために、それらを斜めから眺めたときの様子である。液晶表示パネル１５０は、バックライト１５１の上に設置され、液晶表示パネル１５０の薄膜トランジスタ群を駆動する液晶駆動回路１５２が配線１５４を通して液晶表示パネル１５０に接続され、液晶表示装置が完成する。次に、第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置の動作を説明する。
【００６５】
第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置と同様に、駆動回路１５２からの信号が液晶表示パネル１５０に入力されることで各マトリクスセグメント毎に上記薄膜トランジスタ１０３がオンすることにより、ソース（画素）電極１０５と共通電極１０４との間に電界が生じ、両基板１４０、１３０間に封入された液晶１１６が電気光学効果を引き起こし、液晶表示パネル１５０の光透過率が変化する。すると図３でバックライト１５１から出射して液晶表示パネルに入射する光１１９は液晶表示パネル１５０で透過率変調を受けるため、光強度が各画素毎に変化し画像表示ができるようになる。
【００６６】
本実施形態では、さらに次のような特徴を有している。すなわち、本発明者が新たに見出した、薄膜トランジスタ１０３でのフォトキャリア生成によるリーク電流を低減する目的で、図２に示すゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄを最適化したことである。以下に、オーバーラップ長ｄの最適化方法について詳述する。
【００６７】
図５に、一般的なバックライト１５１からの出射光の同径分布を示す。放線方向に出射する光強度をＩ０とすると極角θ０方向での光強度はＩ０ｃｏｓθ０と表現される。
【００６８】
次に、図５で示したバックライトからの出射光１５３が液晶表示パネル１５０に入射した場合を考える。図６は、ＴＦＴ基板１３０の偏光板１２１、第１のガラス基板１００、ゲート線１０１のゲート電極部分、第１の絶縁膜１０９、アモルファスシリコン膜１０７、ドレイン電極１０６の拡大断面図である。図６を参照して、ＴＦＴ基板１３０の裏面（バックライト側）から入射する光の経路について考察する。ゲート線１０１（ゲート電極を含む）は光を透過させないので、チャネル部に入射する光の経路としてゲート線１０１のゲート電極端を通過する経路について考察する。液晶表示パネル１５０への入射光１１９は、バックライトからの出射角と等しくθ０であることに注意する。液晶表示パネル１５０内を進行する光線に対し、屈折の法則（スネルの法則）を適用すると、次の式（１）の関係が成立する。
【００６９】
【数１４】
2007094433.tif 000016
【００７０】
記号説明は以下の通りである。
空気層１２０の屈折率：ｎ０
第１の偏光板の屈折率：ｎｐ
第１のガラス基板１００の屈折率：ｎ１
第１の絶縁膜１０９の屈折率：ｎ２
アモルファスシリコン膜１０７の屈折率：ｎ３
空気層１２０／第１の偏光板１２１界面での屈折角：θｐ
第１の偏光板１２１／第１のガラス基板１００界面での屈折角：θ１
第１のガラス基板１００／第１の絶縁膜１０９界面での屈折角：θ２
第１の絶縁膜１０９／アモルファスシリコン膜１０７界面での屈折角：θ３
さらに、光の強度に関しては、
第１の偏光板１２１の光吸収係数：αｐ
第１のガラス基板１００の光吸収係数：α１
第１の絶縁膜１０９の光吸収係数：α２
アモルファスシリコン膜１０７の光吸収係数：α３
とすると、次の式（２）の関係が成立する。
【００７１】
【数１５】
2007094433.tif 000017
【００７２】
ここで、Ｉｐ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３はそれぞれ図６での各位置での光強度である記号説明は以下の通りである。
空気層１２０／第１の偏光板１２１界面の透過率：Ｔ０ｐ
第１の偏光板１２１／第１のガラス基板１００界面の透過率：Ｔｐ１
第１のガラス基板１００／第１の絶縁膜１０９界面の透過率：Ｔ１２
第１の絶縁膜１０９／アモルファスシリコン膜１０７界面の透過率：Ｔ２３
第１の偏光板１２１の層厚：ｔｐ
ガラス基板１００の層厚：ｔ１
第１の絶縁膜１０９の層厚：ｔ２
アモルファスシリコン膜１０７の層厚：ｔ３
第１の偏光板１２１、第１のガラス基板１００、第１の絶縁膜１０９及びアモルファスシリコン膜１０７を透過して、ドレイン電極１０６の表面まで到達したＩ３の強度を持つ光線は、ゲート線１０１のゲート電極部分とドレイン電極１０６の間で数回反射、屈折を繰り返し、ついにはチャネル部に到達する。ここでの計算は、上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【００７３】
【数１６】
2007094433.tif 000018
【００７４】
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【００７５】
【数１７】
2007094433.tif 000019
【００７６】
およびゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用して、強度Ｉ３の光が反射、屈折を繰り返しながらチャネル部に進むときの光の強度を反射、屈折毎に繰り返し計算し、光がゲート電極端から幅ｄだけチャネル部に向かって進んだとき、すなわち薄膜トランジスタのチャネル部での光強度を求める。
【００７７】
ここでの光強度をＩｎとしたとき、Ｉｎがある強度を越えると光による電子−正孔対の発生が無視できなくなり、リーク電流によるフリッカーや表示均一性の劣化が顕著になる。
【００７８】
実際に、表１に示すパラメータを有する部材にて液晶表示装置を作製し評価をした結果を以下に説明する。
【００７９】
【表１】
2007094433.tif 000020
【００８０】
式（１）、（２）を用いて、バックライト１５１の出射光の出射角度θ０とチャネル部に入射する光の強度Ｉの関係を計算した結果を図７に示す。ただし、バックライト１５１の正面での光の出射強度Ｉ０を１００としてプロットしている。４本の曲線はそれぞれ『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』を実用的な範囲（ｄ＝２〜５μｍ）で変化させ描いている。図７より、この範囲ではバックライトからの光が出射角θ０＝５０〜７０°の場合にチャネル部に最大強度の光が入射することが分かる。
【００８１】
図８に、バックライトからの光が出射角θ０＝５０〜７０°の場合の、『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』とチャネル部に入射する光の強度Ｉの関係を示す。
【００８２】
図９に、実験により求めた『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』とフリッカーレベル（ｄＢ）の関係を示す。人の目でフリッカーが認識できないレベル−３０ｄＢ以下であり、対応するｄは４μｍ以上になる。３μｍではフリッカーレベルが劣悪である。これをふまえ図８で、ｄが４μｍ以上に対応するチャネル部への入射光強度Ｉは約０．２以下になる。すなわちバックライトからの出射光強度Ｉ０の光がチャネル部に到達するまでに０．２％以下まで減衰した場合、薄膜トランジスタ１０３に誘起される光オフリーク電流は、表示特性的に無視されうる。ここで、人の目でフリッカーが認識できないレベル−３０ｄＢという数値は、絶対的な値として有効な値であるが、−３０ｄＢを境界値として決定される図９の『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』の最適範囲４μｍ以上という値は、あくまでも本実施形態において用いられた薄膜トランジスタを構成する諸材料の下での値であって、これらの材料が変われば、当然『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』の最適範囲４μｍ以上という値も変わることに注意されたい。
【００８３】
以上の手段で薄膜トランジスタ１０３のチャネル部に入射する光強度を低減させ光オフリーク電流を減少させることにより、フリッカーの低減および表示均一性の向上を実現することができた。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００８４】
図１０は、第２実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶より下側の薄膜トランジスタアレイ基板の単位画素を示す平面図である。図１１は、各単位画素の薄膜トランジスタ部の拡大平面図である。図１２は、図１０のＢ−Ｂ’線に沿った断面図であり、薄膜トランジスタアレイ基板１３０より上側の部分も合わせて示す。
【００８５】
図１０に示した第２実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置が図１乃至図３に示した第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置と異なるところは、アモルファスシリコン膜１０７がゲート電極１０２内に包含された点である。すなわち、薄膜トランジスタ１０３でアモルファスシリコン膜１０７が存在する領域をＡとし、ゲート線１０１のゲート電極部分が存在する領域をＧとしドレイン電極１０６が存在する領域をＤとし、ソース電極１０５が存在する領域をＳとし、空集合をφとしたとき、集合として、
【００８６】
【数１８】
2007094433.tif 000021
【００８７】
という包含関係が成立するよう形成する。
【００８８】
この第２実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置の電気的な動作は、第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置と同様であるが、図１２の断面図を参照すると、ゲート線１０１のゲート電極部分内部にアモルファスシリコン膜１０７が存在するため、ゲート線１０１のゲート電極端部から入射したバックライトの光が『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』に到達するまでにゲート線１０１のゲート電極部分とドレイン電極１０６との間、またはゲート線１０１のゲート電極部分とソース（画素）電極１０５との間で多重反射するため、入射光の減衰は第１実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置と比較し顕著になり、より著しいフリッカーの低減、表示均一性が得られる。ここで、オーバーラップ長ｄは、第１実施形態と同一の値であれば十分といえる。
【００８９】
ただし、ゲート線１０１のゲート電極部分の内側にアモルファスシリコン膜１０７をレイアウトする必要があるため画素レイアウトに制限が生じることや、光の入射が極度に減少するため薄膜トランジスタ１０３がオン時の電流が低下し、薄膜トランジスタ１０３の駆動能力が低下するため、薄膜トランジスタ１０３により駆動されるソース（画素）電極１０５に十分な電荷が与えられず、所望の輝度が得られない等のデメリットも想定されるので、これらを考慮して設計することが好ましい。
【００９０】
以上、実施形態について説明したように、上記薄膜トランジスタで『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』が、ゲート電極の端部から入射する光がチャネル部に到達するまでに主に半導体領域での光吸収により十分減衰できるような距離を物理法則により適切な長さを確保し、チャネル部での電子−正孔対の発生を十分に低減させ、フリッカーや表示の不均一性を改善することができる。
【００９１】
以上の実施形態では、液晶表示装置における薄膜トランジスタのチャネル部への光の入射を低減させる構造について記載し、ＴＦＴ基板の裏面に偏光板を形成した場合について説明したが、本発明は、このような構造に限定されない。すなわち、実施形態で説明した薄膜トランジスタの一般的なスイッチング素子としての形態、例えば、実施形態における第１のガラス基板の裏面に偏光板がなく、かつ、ＴＦＴ基板に対する対向基板もない構造に対しても、本発明の構造を適用できることは言うまでもない。この場合には、上述した第１、２の実施形態における偏光板を無くした場合の諸変数、諸方程式が適用されることとなる。すなわち、光オフリーク電流を低減させるスイッチング素子構造は、次のような条件を満たすことが要求される。
【００９２】
薄膜トランジスタでドレイン電極のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＤ、ソース電極のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＳ、半導体領域のチャネル幅方向の電極幅を構成する線分をＬＡとしたとき、集合として
【００９３】
【数１９】
2007094433.tif 000022
【００９４】
が成立する平面構成、或いは、
薄膜トランジスタ部で半導体領域が存在する領域をＡとし、ゲート電極が存在する領域をＧとし、ドレイン電極が存在する領域をＤとし、ソース電極が存在する領域をＳとし、空集合をφとしたとき集合として
【００９５】
【数２０】
2007094433.tif 000023
【００９６】
が成立する平面構成を有するものとする。これらの構成において、第１、２の実施形態において、偏光板を無くした場合に相当する諸変数、諸方程式が以下のように適用される。
【００９７】
液晶表示パネル１５０内を進行する光線に対し、屈折の法則（スネルの法則）を適用すると、次の式（８）の関係が成立する。
【００９８】
【数２１】
2007094433.tif 000024
【００９９】
記号説明は以下の通りである。
空気層１２０の屈折率：ｎ０
第１のガラス基板１００の屈折率：ｎ１
第１の絶縁膜１０９の屈折率：ｎ２
アモルファスシリコン膜１０７の屈折率：ｎ３
空気層１２０／第１のガラス基板１００界面での屈折角：θ１
第１のガラス基板１００／第１の絶縁膜１０９界面での屈折角：θ２
第１の絶縁膜１０９／アモルファスシリコン膜１０７界面での屈折角：θ３
さらに、光の強度に関しては、
第１のガラス基板１００の光吸収係数：α１
第１の絶縁膜１０９の光吸収係数：α２
アモルファスシリコン膜１０７の光吸収係数：α３
とすると、次の式（９）の関係が成立する。
【０１００】
【数２２】
2007094433.tif 000025
【０１０１】
ここで、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３はそれぞれ図６での１２１を省いた構造の各位置での光強度である。記号説明は以下の通りである。
空気層１２０／第１のガラス基板１００界面の透過率：Ｔ０１
第１のガラス基板１００／第１の絶縁膜１０９界面の透過率：Ｔ１２
第１の絶縁膜１０９／アモルファスシリコン膜１０７界面の透過率：Ｔ２３
ガラス基板１００の層厚：ｔ１第１の絶縁膜１０９の層厚：ｔ２
アモルファスシリコン膜１０７の層厚：ｔ３
第１のガラス基板１００、第１の絶縁膜１０９及びアモルファスシリコン膜１０７を透過して、ドレイン電極１０６の表面まで到達したＩ３の強度を持つ光線は、ゲート線１０１のゲート電極部分とドレイン電極１０６の間で数回反射、屈折を繰り返し、ついにはチャネル部に到達する。ここでの計算は、上記の屈折の法則を表す方程式の一部である、
【０１０２】
【数２３】
2007094433.tif 000026
【０１０３】
および
上記光吸収の法則を表す方程式の一部である、
【０１０４】
【数２４】
2007094433.tif 000027
【０１０５】
およびゲート電極、ドレイン電極での反射率Ｒ１、Ｒ３を反射、屈折毎に繰り返し使用して、強度Ｉ３の光が反射、屈折を繰り返しながらチャネル部に進むときの光の強度を反射、屈折毎に繰り返し計算し、光がゲート電極端から幅ｄだけチャネル部に向かって進んだとき、すなわち薄膜トランジスタのチャネル部での光強度を求める。
【０１０６】
ここでの光強度をＩｎとしたとき、Ｉｎがある強度を越えると光による電子−正孔対の発生が無視できなくなり、リーク電流によるフリッカーや表示均一性の劣化が顕著になる。
【０１０７】
本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、様々な適用や変更が可能であろう。例えば、本発明による薄膜トランジスタ部のゲート・ソースまたはドレイン電極のオーバーラップ長の最適化は、アモルファスシリコン膜以外の半導体領域にもたとえばポリシリコン膜に対しても適用できる。また、より求められる画質のレベルが高くフリッカーや輝度ムラレベルの要求の厳しい水平電界モードで視野角依存の色つきを改善した２分割以上の配向分割を行うマルチドメイン方式にも適用可能である。
【０１０８】
上述したようなバックライト或いはサイドライトを利用する透過型液晶表示装置に限らず、バックライトが不要で薄膜トランジスタを使用する反射型液晶表示装置、さらには透過型と反射型両方の機能を併せ持つ半透過半反射型の液晶表示装置にも適用が可能であろう。さらに、液晶表示装置だけでなく、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）にも適用することはできる。さらに、ゲート電極、ドレイン線、その他各電極は、Ｃｒ以外の金属、例えばＡｌ、Ｍｏ、Ｔａも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す薄膜トランジスタアレイ基板の単位画素の平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す薄膜トランジスタ部の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’に沿った断面図である。
【図４】液晶駆動装置の構成を説明する構成図である。
【図５】一般的なバックライトからの出射光の同径分布を示す模式図である。
【図６】フロントチャネル部に入射する光の経路の模式図である。
【図７】バックライトの出射光の出射角度θ０とチャネル部に入射する光の強度Ｉの関係を示すグラフである。
【図８】バックライトからの光が出射角θ０＝５０〜６０°の場合の、『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』とチャネル部に入射する光の強度Ｉの関係を示すグラフである。
【図９】『ゲート電極−ソース電極及びゲート電極−ドレイン電極のオーバーラップ長ｄ』とフリッカーレベル（ｄＢ）の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態を示す単位画素の平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す薄膜トランジスタ部の平面図である。
【図１２】図１０のＢ-Ｂ’に沿った断面図である。
【図１３】バックライトのスペクトルを示すグラフである。
【図１４】従来の技術を説明する薄膜トランジスタアレイ基板の単位画素の平面図である。
【図１５】チャネル部に入射する光の経路の模式図である。
【図１６】従来の技術を説明する薄膜トランジスタ部の断面図である。
【図１７】光が反射してチャネル部に到達することを説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  第１のガラス基板
１０１  ゲート線
１０２  ドレイン線
１０３  薄膜トランジスタ
１０４  共通電極
１０５  ソース（画素）電極
１０６  ドレイン電極
１０７  アモルファスシリコン膜
１０８  ｎ＋アモルファスシリコン膜
１０９  第１の絶縁膜
１１０  第２の絶縁膜
１１１  第１の配向膜
１１２  第２のガラス基板
１１３  遮光膜
１１４  色層
１１５  第３の絶縁膜
１１６  液晶
１１７  第２の配向膜
１１８  ゲート・ソース又はゲート・ドレインのオーバーラップ長ｄ
１１９  液晶パネルへの入射光
１２０  空気層
１２１  第１の偏光板
１２２  第２の偏光板
１２３  エッチングストッパ
１２４  チャネル領域
１３０  薄膜トランジスタアレイ基板
１４０  対向基板
１５０  液晶パネル
１５１  バックライト
１５２  駆動回路
１５３  バックライトからの出射光
１５４  配線
【図１】
2007094433.tif 000038
【図２】
2007094433.tif 000039
【図３】
2007094433.tif 000040
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007094433.tif 000043
【図７】
2007094433.tif 000044
【図８】
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【図９】
2007094433.tif 000046
【図１０】
2007094433.tif 000047
【図１１】
2007094433.tif 000048
【図１２】
2007094433.tif 000049
【図１３】
2007094433.tif 000050
【図１４】
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【図１５】
2007094433.tif 000052
【図１６】
2007094433.tif 000053
【図１７】
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